上海萬經泵業制造有限公司作者
1、真空吸盤安裝方位
如圖1所示為真空吸盤用于兩種不同位置工作時的安裝方位。在圖1a吸盤水平安裝時,除了要吸持住工件負載外,還應該考慮吸盤移動時因工件的慣性力對吸力的影響。而圖1b吸盤垂直安裝時,吸盤的吸力與吸盤與工件間的摩擦力有密切關系。
2、受力分析
真空吸盤良種工作情況下的力學模型如圖2所示,圖中個參數說明如下:ΔPu為真空度;Fv為垂直負載;Aw為有效面積;Fh為水平負載;Pd為密封面的表面壓力;Fr為摩擦力;Ad為密封面積;Ad為密封面積的受力;F為負載力;μ為真空吸盤與工件間的摩擦系數;Fs為吸力;Fa為加速度力;x、y為真空吸盤受力分析坐標。
由真空吸盤工作原理及上述受力圖可知,要滿足正常的吸持物體的要求,即能夠正常作業的條件為:Fd=Pd·Ad>0,且水平安裝時Fr=Fd•μ>Fh,垂直安裝時Fr=Fd•μ>Fv。
設,已知被吸持物體重mkg,真空度為ΔPu,則Fs=ΔPu•Aw。再設旋轉角度φ,旋轉半徑r,重力加速度g,夾持時間t,Fs1為靜態吸力,Fs2為動態吸力。
a.靜態負載計算:
為靜態吸力:Fs1=fv=mg;當取安全系數為n時,Fs1=nmg
b.動態負載計算:
①當真空吸盤處于水平位置時,受力處于平衡狀態,即:
∑Fx=0Fh-Fr=0即Fh=Fr
∑Fy=0Fv+Fd-Fs2=0
即Fd=Fs2-Fv
因為摩擦力Fr等于密封面積的受力和摩擦系數的乘積,即:
Fr=Fd•μ=(Fs2-Fv)•μ
又因為垂直負載力Fv等于物體質量與加速度的乘積,即則:
當真空吸盤處于垂直位置時,受力處于平衡狀態,即:
(2)
3吸盤的選用
上面導出的式(1)和式(2)即為真空吸盤吸持物體時所需要的動態吸力計算公式。對面積大的吸吊物,重的吸吊物,有振動的吸吊物或要求快速搬運的吸吊物,在應用公式時,必須計及工作環境系數、安全系數。實際中,為防止吸吊物脫落,通常使用多個吸盤進行吸吊,此時應注意使這些協同工作的吸盤合理配置,使吸吊合力作用點與被吸吊物的重心盡量靠近。
4結論
真空吸盤的動態設計使吸盤的工作更安全可靠。在對吸盤兩個典型工位的受力進行靜態和動態分析和比較的基礎上,為真空吸盤的設計應用提供更科學、更安全的設計依據。
如圖1所示為真空吸盤用于兩種不同位置工作時的安裝方位。在圖1a吸盤水平安裝時,除了要吸持住工件負載外,還應該考慮吸盤移動時因工件的慣性力對吸力的影響。而圖1b吸盤垂直安裝時,吸盤的吸力與吸盤與工件間的摩擦力有密切關系。
2、受力分析
真空吸盤良種工作情況下的力學模型如圖2所示,圖中個參數說明如下:ΔPu為真空度;Fv為垂直負載;Aw為有效面積;Fh為水平負載;Pd為密封面的表面壓力;Fr為摩擦力;Ad為密封面積;Ad為密封面積的受力;F為負載力;μ為真空吸盤與工件間的摩擦系數;Fs為吸力;Fa為加速度力;x、y為真空吸盤受力分析坐標。
由真空吸盤工作原理及上述受力圖可知,要滿足正常的吸持物體的要求,即能夠正常作業的條件為:Fd=Pd·Ad>0,且水平安裝時Fr=Fd•μ>Fh,垂直安裝時Fr=Fd•μ>Fv。
設,已知被吸持物體重mkg,真空度為ΔPu,則Fs=ΔPu•Aw。再設旋轉角度φ,旋轉半徑r,重力加速度g,夾持時間t,Fs1為靜態吸力,Fs2為動態吸力。
a.靜態負載計算:
為靜態吸力:Fs1=fv=mg;當取安全系數為n時,Fs1=nmg
b.動態負載計算:
①當真空吸盤處于水平位置時,受力處于平衡狀態,即:
∑Fx=0Fh-Fr=0即Fh=Fr
∑Fy=0Fv+Fd-Fs2=0
即Fd=Fs2-Fv
因為摩擦力Fr等于密封面積的受力和摩擦系數的乘積,即:
Fr=Fd•μ=(Fs2-Fv)•μ
又因為垂直負載力Fv等于物體質量與加速度的乘積,即則:
當真空吸盤處于垂直位置時,受力處于平衡狀態,即:
(2)
3吸盤的選用
上面導出的式(1)和式(2)即為真空吸盤吸持物體時所需要的動態吸力計算公式。對面積大的吸吊物,重的吸吊物,有振動的吸吊物或要求快速搬運的吸吊物,在應用公式時,必須計及工作環境系數、安全系數。實際中,為防止吸吊物脫落,通常使用多個吸盤進行吸吊,此時應注意使這些協同工作的吸盤合理配置,使吸吊合力作用點與被吸吊物的重心盡量靠近。
4結論
真空吸盤的動態設計使吸盤的工作更安全可靠。在對吸盤兩個典型工位的受力進行靜態和動態分析和比較的基礎上,為真空吸盤的設計應用提供更科學、更安全的設計依據。
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